基于仿生學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用研究及語意學(xué)評價

摘 "要：仿生設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的重要應(yīng)用手法。本論文闡述的仿生設(shè)計以滿足產(chǎn)品本身需要為前提，分別從生物原型和設(shè)計問題兩大方面出發(fā)進(jìn)行產(chǎn)品仿生設(shè)計研究，提出生物形態(tài)簡化仿生和設(shè)計問題中產(chǎn)品仿生適配方法。產(chǎn)品適配仿生方法是對仿生設(shè)計步驟和程序的優(yōu)化，從設(shè)計問題出發(fā)分析產(chǎn)品設(shè)計價值層次，進(jìn)行功能、外形、結(jié)構(gòu)等分析，再對應(yīng)選擇仿生特征屬性適宜匹配到產(chǎn)品設(shè)計方案當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計最優(yōu)化。文章最后還通過語意學(xué)對產(chǎn)品仿生設(shè)計進(jìn)行外延與內(nèi)涵評價，進(jìn)一步驗證仿生設(shè)計適配方法的可行性。

關(guān)鍵詞：仿生學(xué)；產(chǎn)品設(shè)計；應(yīng)用研究；語意學(xué)評價

仿生學(xué)參考生物形態(tài)、動作結(jié)構(gòu)等因素，融合多學(xué)科知識進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計創(chuàng)新[1]。美國空軍軍官J.E.斯蒂爾少校1958年首創(chuàng)仿生學(xué)。1988年德國舉行首屆國際仿生設(shè)計研討會以生命與形態(tài)，功能與形態(tài)的思索為主題展開了全面的討論，是仿生設(shè)計全面興起的標(biāo)致，會議在設(shè)計界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[2]。家喻戶曉的甲殼蟲汽車和克爾維特“灰鯖鯊”（Corvette Mako Shark）跑車都是仿生設(shè)計產(chǎn)品，顯示著仿生設(shè)計的無限魅力[3]。

一、產(chǎn)品仿生設(shè)計

（一）產(chǎn)品仿生設(shè)計價值

仿生設(shè)計對設(shè)計界有著重要影響，仿生設(shè)計具有極高的設(shè)計價值。仿生對象具有獨(dú)特的自然親和力，使工業(yè)產(chǎn)品有著人性化特征，具有人文關(guān)懷性。產(chǎn)品仿生設(shè)計是當(dāng)代設(shè)計的一種策略和重要設(shè)計手法。第220屆香山會議上路甬祥院士作出“仿生學(xué)的意義與發(fā)展”的主題報告，他表示自然和社會是我們認(rèn)知和創(chuàng)新服務(wù)的對象，也是我們學(xué)習(xí)的最好老師[4]?？梢钥闯龇律鷮W(xué)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用研究值得我們深入研究。

（二）產(chǎn)品仿生設(shè)計手法

仿生設(shè)計在大眾認(rèn)知里，普遍被分為功能仿生、外形仿生、結(jié)構(gòu)仿生、肌理仿生、色彩仿生、意象仿生等設(shè)計方法?？煞律O(shè)計手法應(yīng)用沒有統(tǒng)一規(guī)范準(zhǔn)則，設(shè)計界從而也涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的仿生設(shè)計作品。而本文針對兩大方面考慮仿生設(shè)計應(yīng)用手法，為仿生設(shè)計提供一種新思路和方法借鑒：一是從生物原型出發(fā)進(jìn)行仿生設(shè)計，提出生物線條簡化方法；二是從設(shè)計問題出發(fā)切實(shí)實(shí)際問題，進(jìn)行選擇，提煉選取對應(yīng)的仿生特征，再進(jìn)行仿生設(shè)計應(yīng)用。不同產(chǎn)品解決問題不同，不同產(chǎn)品就具有不同的價值層次，提取出的仿生設(shè)計特征也就不同。比如，裝備機(jī)械產(chǎn)品、工具類產(chǎn)品偏重實(shí)用價值層次，則傾向于功能仿生和結(jié)構(gòu)仿生來實(shí)現(xiàn)；家電、電子產(chǎn)品偏重于其認(rèn)知價值，則傾向于結(jié)構(gòu)仿生、外形仿生、肌理仿生和色彩仿生來實(shí)現(xiàn)；裝飾品、服飾等產(chǎn)品偏重于美學(xué)價值，則傾向于外形仿生、肌理仿生、色彩仿生可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的美學(xué)價值；文創(chuàng)產(chǎn)品、旅游紀(jì)念品偏重于文化價值，則傾向于意象仿生實(shí)現(xiàn)。

1.生物原型之生物形態(tài)簡化

原型是指生物具有的形態(tài)構(gòu)造特征，而人從自然界選取仿生對象研究借鑒[5]。原型是工業(yè)世界中最重要的一個環(huán)節(jié)，原型影響著產(chǎn)品的性能特點(diǎn)。生物原型富有形態(tài)美感，如對稱的蝴蝶、連續(xù)的花瓣等。對生物原型進(jìn)行形態(tài)特征提煉后，可通過簡化、變形、夸張等手法可結(jié)合到產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中。其中，簡化手法更多被設(shè)計師所使用，簡約的作品層次更為清晰。極簡藝術(shù)起源于20世紀(jì)60年代的美國，簡化形式應(yīng)用于設(shè)計活動中。20世紀(jì)80年代，極簡主義的理念獲得廣泛認(rèn)可。簡約的產(chǎn)品能減少生產(chǎn)材料成本，通常也更易于生產(chǎn)。簡化的事物更具有規(guī)律性、秩序性，更容易被人們理解掌握，從而提高行為活動效率。愈加簡化概括的事物表現(xiàn)人類感情就愈加深刻[6]?！蹲籼俅蟮脑O(shè)計減法》一書中提到適可而止的美學(xué)，也就是簡化的設(shè)計美學(xué)。簡化的設(shè)計形態(tài)是恰到好處的設(shè)計，不過多裝飾、浮夸設(shè)計。Neodo設(shè)計工作室傾向于“不過分的設(shè)計”，以其仿生設(shè)計作品為例——“oppoet”無線鼠標(biāo)（如圖1），就是簡化的仿生設(shè)計產(chǎn)品?！皁ppoet”無線鼠標(biāo)外觀是帶尾巴的動物，可以拔下的“尾巴”就是USB接收器。將“尾巴”插在電腦上后，鼠標(biāo)就成為更簡潔的樣子，看上去就像有只小動物正在潛入電腦內(nèi)部?！皁ppoet”無線鼠標(biāo)設(shè)計簡潔而詼諧有趣，使人印象深刻[7]。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，許多優(yōu)秀的仿生作品大多采納了簡化仿生設(shè)計手法，經(jīng)過簡化提煉后的仿生設(shè)計產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)省了大量的生產(chǎn)材料，利于生產(chǎn)發(fā)展。從用戶層面來說，簡約的設(shè)計拉近了和顧客 的距離。簡約的產(chǎn)品使用起來會格外舒適便利，產(chǎn)品調(diào)性顯得十分清爽?！豆I(yè)設(shè)計360°完全解讀》一書中提到少即是多，沒有實(shí)際意義設(shè)計元素通常沒有存在的價值，不必要的事情會分散大腦注意力。簡而言之，極簡主義乃上上之策[8]12。為此，本文圍繞生物形態(tài)線條簡化方面進(jìn)行仿生設(shè)計應(yīng)用研究，研究生物線條簡化方法以更好進(jìn)行產(chǎn)品仿生。生物形態(tài)簡化是依據(jù)生物原型自身特點(diǎn)，對生物外觀造型進(jìn)行簡化設(shè)計。自然界的生物形態(tài)多種多樣，自然形態(tài)具有美感。產(chǎn)品借鑒自然界生物形態(tài)，產(chǎn)品外觀造型會更富美感。自然界中，花是中心對稱杰出案例。模仿花瓣進(jìn)行線條簡化設(shè)計出春暖花開香氛機(jī)（bloomy），香氛機(jī)形狀似花苞（如圖2），簡約平滑造型線條使產(chǎn)品看起來十分協(xié)調(diào)。

生物形態(tài)簡化可分為兩大類：心理簡化和物理簡化。心理簡化依據(jù)人的主觀意識對客觀存在的實(shí)體進(jìn)行刺激反饋將其簡化，形成主觀意識圖像。例如，真實(shí)存在的實(shí)體是圓柱形的，有些人主觀意識認(rèn)為是長方形的；而在兒童繪畫大象時，兒童畫中的大象多種多樣、線條走勢不一致等。人在獲取客觀存在實(shí)體印象后對其進(jìn)行心理主觀簡化處理，得到的簡化信息就不一致[9]227。美國藝術(shù)心理學(xué)教授魯?shù)婪颉ぐ⒍骱Ｄ罚≧udolf Arnheim，1904-1994）認(rèn)為，在絕對意義上，一個物體僅有很少的結(jié)構(gòu)特征是簡化的[9]320。在相對意義上，一個物體用很少的結(jié)構(gòu)特征組織成有秩序的復(fù)雜整體是簡化的。物理簡化依據(jù)客觀存在實(shí)物的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行簡化，使結(jié)構(gòu)、形態(tài)線條等特征減少。物理簡化和心理簡化不同，物理簡化是依據(jù)客觀實(shí)體進(jìn)行特征數(shù)目減少。物理簡化不受人主觀意識影響，具有物理特性，強(qiáng)調(diào)客觀存在實(shí)體 物理特征簡化。

自然界生物形態(tài)具有多樣性、獨(dú)特性、流暢性、連續(xù)性、對稱性等顯著特點(diǎn)。例如，蜂窩形狀具有連續(xù)性、對稱性；鯊魚流線型外形具有流暢性；蝴蝶翅膀造型具有多樣性、對稱性。生物形態(tài)簡化仿生可對生物形態(tài)特征進(jìn)行提煉，比如將具有連續(xù)性特征的生物形態(tài)進(jìn)行拆解，提煉出連續(xù)性形狀中的單個形狀進(jìn)行設(shè)計；將復(fù)雜的外形線條進(jìn)行簡化，只保留少數(shù)線條；將具有對稱性的生物形態(tài)進(jìn)行拆分，只保留對稱中的其一；將具有獨(dú)特性的生物形態(tài)進(jìn)行簡化，應(yīng)保留最為顯著特征，獨(dú)特而精簡的設(shè)計形式會使人產(chǎn)生豐富的聯(lián)想，使仿生產(chǎn)品更有內(nèi)涵。生物形態(tài)簡化要突出生物形態(tài)顯著特征，減少多余形態(tài)的產(chǎn)生。簡化后的造型形態(tài)仍可辨別原始的自然事物特征，沒有被過多無謂的細(xì)節(jié)糾纏。過多的細(xì)節(jié)、繁雜的形狀會使人對產(chǎn)品讀取的第一印象變得困難。觀察對象越簡約和諧，人看著就越愉悅。適宜的設(shè)計取悅的不是眼睛，而是人的大腦，大腦容易接受越輕松掌握的事物[8]12。另外，簡化過程以及簡化設(shè)計結(jié)果要以滿足產(chǎn)品本身需要為前提。

2.設(shè)計問題之仿生選取

產(chǎn)品仿生設(shè)計從設(shè)計問題出發(fā)時，要深入分析該產(chǎn)品所應(yīng)解決的問題并對應(yīng)采取設(shè)計策略，盡量減少廢棄方案的產(chǎn)生。廢棄方案的減少不但使設(shè)計找到兩全其美的方法解決問題，也可以減少生產(chǎn)材料的消耗，節(jié)約資源。優(yōu)秀設(shè)計作品誕生之初要經(jīng)過深思熟慮，設(shè)計師要肩負(fù)很大的責(zé)任，要察覺問題存在，衡量產(chǎn)品價值層次，對應(yīng)剖析仿生價值層次找出適配的生物再設(shè)計仿生方案。如一件設(shè)計作品要解決結(jié)構(gòu)方面問題應(yīng)選取適配的生物適宜結(jié)構(gòu)進(jìn)行模仿仿生；一件設(shè)計作品要解決功能方面問題應(yīng)選取適配的生物適宜功能方面體現(xiàn)進(jìn)行模仿仿生；一件設(shè)計作品要解決造型肌理方面問題應(yīng)選取適配的生物肌理表面進(jìn)行模仿仿生；一件設(shè)計作品要解決色彩問題應(yīng)選取適配的生物色彩進(jìn)行模仿仿生；一件設(shè)計作品要進(jìn)行意象表達(dá)應(yīng)選取適配的生物進(jìn)行意象提煉，使人有意象共鳴。舉仿生設(shè)計作品為例：弗勞恩霍夫協(xié)會集成電路研究所的代表設(shè)計的Higgs微型攝影機(jī)（如圖3）的三腳架結(jié)構(gòu)[8]12模仿了生物“腿部”結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計，目的是使攝影機(jī)擁有靈活收縮、折疊的結(jié)構(gòu)。能量之花（Power Flower）（如圖4）模仿了向日葵從早到晚向陽的功能特性，將臺座進(jìn)行校準(zhǔn)，太陽能板會自動轉(zhuǎn)向日照最充足的位置，即“向日葵向陽開花”，實(shí)現(xiàn)微型太陽能發(fā)電功能。另外，太陽能板也仿生花瓣形狀，簡化花瓣形態(tài)提升造型美感。綜上所述，產(chǎn)品仿生設(shè)計從設(shè)計問題出發(fā)時，優(yōu)化的設(shè)計方案流程如圖5所示。

為更好進(jìn)行仿生產(chǎn)品價值適配，本課題歸納分析常見產(chǎn)品類別的價值層次偏向（如圖6）。與此同時，在進(jìn)行仿生產(chǎn)品設(shè)計時，不應(yīng)盲目嘩眾取寵，“為仿生而仿生，照抄照搬”。產(chǎn)品設(shè)計在進(jìn)行仿生設(shè)計時，不應(yīng)該使仿生設(shè)計成品置于無用之地。仿生設(shè)計要展現(xiàn)出其價值，具有社會屬性。要以產(chǎn)品本身需要為前提，深入分析生物原型屬性特征進(jìn)行仿生設(shè)計。以功能層次仿生設(shè)計為例，要深入分析生物原型功能和生物構(gòu)造關(guān)系，適宜匹配產(chǎn)品功能和構(gòu)造進(jìn)行仿生設(shè)計。如毛蟲機(jī)器人（Robo Worm）（如圖7）模仿毛蟲環(huán)形肌的動作、構(gòu)造，毛蟲及機(jī)器人不用反轉(zhuǎn)便可實(shí)現(xiàn)向后移動，在狹窄的管道中也可自由靈活倒退。該仿生構(gòu)造賦予了毛蟲機(jī)器人在管道和隧道等粗糙不平的表面自由通行的能力。而結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計是對生物原型進(jìn)行結(jié)構(gòu)、主體構(gòu)造等仿生，而生物原型構(gòu)造可分為宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造兩大類。從宏觀或微觀構(gòu)造中提煉適宜匹配產(chǎn)品特征屬性的構(gòu)造，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計活動。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響著產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的可能性，關(guān)乎產(chǎn)品的操作性和安全性。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響著產(chǎn)品本身的力學(xué)結(jié)構(gòu)，也是考量產(chǎn)品是否符合人機(jī)工程學(xué)的指標(biāo)之一，影響著產(chǎn)品形式與功能的平衡關(guān)系。在結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計時，要考慮該仿生結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定、強(qiáng)度高低、重量等問題。被廣泛應(yīng)用于航空、航天等高科技領(lǐng)域的蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)就具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而蜂巢式結(jié)構(gòu)還可以大大節(jié)省材料消耗[10]。自然界的色彩極其豐富，色彩仿生可從自然界提取出各種顏色。自然生物是天然的色彩庫，色彩影響著人的感知。某種特定的顏色使人產(chǎn)生不同的感知影響，奠定產(chǎn)品特質(zhì)基調(diào)。比如銀色產(chǎn)品使人覺得具有科技感，為此，銀色也被廣泛應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中。在進(jìn)行色彩仿生設(shè)計活動時，設(shè)計師要善于觀察大自然顏色，積累色彩搭配經(jīng)驗。色彩仿生要符合產(chǎn)品特質(zhì)基調(diào)，顏色要搭配和諧。即使是一系列的產(chǎn)品也一定要注意系列搭配，同一個產(chǎn)品系列顏色變化也要和諧，令人身心愉悅?；诜律鷮W(xué)，人類創(chuàng)意思維更加具有創(chuàng)造性，產(chǎn)品形式被賦予更多有趣、靈活的可能。

二、產(chǎn)品語意學(xué)與產(chǎn)品仿生語意評價

（一）產(chǎn)品語意學(xué)概述

語意學(xué)這一概念最早出現(xiàn)在1980年[11]，語意學(xué)原本是指研究語言的學(xué)科，應(yīng)用到產(chǎn)品中就形成了產(chǎn)品語意學(xué)。產(chǎn)品語意學(xué)是指產(chǎn)品和意義的關(guān)系[12]，分為能指和所指。語意學(xué)的能指是顯性語意，指真實(shí)存在的物質(zhì)形態(tài)，如產(chǎn)品表面的色彩、肌理、結(jié)構(gòu)等；而所指是隱 性語意，是人隱性的主觀精神意識形態(tài)，如文創(chuàng)產(chǎn)品的文化內(nèi)涵、情感象征等。

（二）產(chǎn)品仿生設(shè)計語意學(xué)評價

設(shè)計評價是在一定的原則和依據(jù)上對設(shè)計過程和結(jié)果進(jìn)行評價判斷，設(shè)計評價有助于產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)化改良。根據(jù)語意學(xué)能指和所指符號功能，產(chǎn)品語意學(xué)可作為評價仿生產(chǎn)品外延和隱性內(nèi)涵的定性方法[13]。以著名設(shè)計師菲利普·斯塔克（Philippe Starck）在1989年設(shè)計的仿生作品外星人榨汁機(jī)（Juicy Salif）（如圖8）為例進(jìn)行語意學(xué)評價。從語意學(xué)的能指功能和外延方面進(jìn)行評價：外星人榨汁機(jī)在外形上仿生了蜘蛛的長腿造型、檸檬造型。榨汁機(jī)如同一個雕塑擺設(shè)，而不是一個簡單的日用品。從語意學(xué)所指功能和內(nèi)涵方面進(jìn)行評價：外星人榨汁機(jī)造型獨(dú)特，簡約精練并具有美感，使用者由外觀造型可知道其產(chǎn)品的使用方式。使用者將水果按壓在外星人榨汁機(jī)“檸檬頭”上，果汁就順著流下來。三只“蜘蛛腿”形成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不用充電就可實(shí)現(xiàn)榨汁。外星人榨汁機(jī)的是一種功能占主導(dǎo)地位的實(shí)用生活用品，其主要功能是實(shí)現(xiàn)榨汁。而自然界的蜘蛛和檸檬生物原型構(gòu)造可實(shí)現(xiàn)這一主要功能，這兩者價值層次屬性進(jìn)行了適宜的匹配使其仿生設(shè)計取得了較大的成功。據(jù)記錄顯示，1990年到2001之間就售出了55萬個“外星人”榨汁機(jī)。至今看來，收藏者仍認(rèn)為外星人榨汁機(jī)是一件搶手貨，而外星人榨汁機(jī)依然是設(shè)計專賣店中的經(jīng)典之作[14]。

在進(jìn)行仿生設(shè)計活動時，可利用評價手法對其方案或結(jié)果進(jìn)行客觀評價，進(jìn)一步優(yōu)化改良設(shè)計。產(chǎn)品語意學(xué)可作為仿生設(shè)計產(chǎn)品的一種局部客觀評價手法，評價后再進(jìn)行改良優(yōu)化產(chǎn)品，可進(jìn)行“仿生設(shè)計-評價-仿生設(shè)計”的多次迭代，讓設(shè)計實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化結(jié)果[13]。

三、結(jié)語

仿生學(xué)在設(shè)計領(lǐng)域具有極大的優(yōu)越性，經(jīng)歷數(shù)千年演變，大自然生物對許多問題都有應(yīng)對的策略。大自然的應(yīng)對策略就好比設(shè)計方案程序中解決設(shè)計問題的這一部分，設(shè)計師可留意和借鑒大自然的生物去設(shè)計作品。而本文提出生物形態(tài)簡化仿生和設(shè)計問題中產(chǎn)品仿生適配方法就是借鑒大自然進(jìn)行設(shè)計活動的方法，優(yōu)化改良了仿生設(shè)計步驟和程序，提出一種創(chuàng)新設(shè)計思路實(shí)現(xiàn)設(shè)計最優(yōu)化，并不斷深化研究，促進(jìn)仿生設(shè)計的發(fā)展。

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作者簡介：黃芷林，廣州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計學(xué)院碩士研究生。

通訊作者：劉昕，廣州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計學(xué)院副教授。研究方向：人因可靠性和產(chǎn)品設(shè)計。